Dévoilement de la première « batterie gaz-solide » au monde, une nouvelle avancée dans le stockage efficace de l'hydrogène à température et pression ambiantes

Récemment, une équipe de l'Institut de physique chimique de Dalian (ci-après dénommé « DICP »), de l'Académie chinoise des sciences, a réalisé une avancée technologique majeure en construisant avec succès le premier prototype mondial de batterie à ions hydrure gaz-solide (ci-après dénommée « batterie gaz-solide ») utilisant l'hydrogène gazeux et le métal comme électrodes. La batterie adopte un mode de « co-stockage hydrogène-électricité », permettant la charge par l'hydrogène et la décharge d'électricité, ainsi que la charge par l'électricité et la libération d'hydrogène, fournissant une vérification pratique de prototype pour le stockage efficace de l'hydrogène dans des conditions de température et de pression ambiantes, et résolvant un défi fondamental de longue date dans le domaine de l'utilisation de l'énergie hydrogène.

Selon les informations, les ions hydrure constituent l'état « riche en électrons » de l'hydrogène. En tant que porteurs de charge, ils possèdent les caractéristiques notables de haute réactivité et de haute énergie, et sont considérés comme l'une des voies clés pour le développement de batteries tout-solide de nouvelle génération. Cependant, les ions hydrure sont extrêmement instables dans les conditions naturelles, une propriété qui rend difficile pour les scientifiques de les appliquer directement dans le stockage électrochimique d'énergie, constituant un goulot d'étranglement limitant le développement des technologies associées.

Pour surmonter ce goulot d'étranglement technologique, l'équipe du DICP a conçu de manière innovante un système utilisant le magnésium métallique et l'hydrogène gazeux comme matériaux actifs respectivement de l'anode et de la cathode, assemblant avec succès la première batterie à ions hydrure gaz-solide au monde capable de fonctionner sur une large plage de températures. L'avantage fondamental de cette batterie réside dans la capacité des ions hydrure à fournir une énergie élevée tout en réalisant une intégration ingénieuse avec le stockage électrochimique de l'hydrogène : lors de la décharge, l'hydrogène gazeux est réduit en ions hydrure à la cathode, tandis que le métal est oxydé en cations à l'anode pour former des hydrures métalliques ; lors de la charge, les deux électrodes libèrent respectivement des molécules d'hydrogène et régénèrent le métal, réalisant véritablement l'effet synergique de charge/décharge et de stockage/libération d'hydrogène simultanés.

Les données expérimentales montrent que la batterie gaz-solide présente d'excellentes performances : à l'état chargé en hydrogène, la capacité de décharge initiale atteint 1 526 mAh/g ; lorsqu'une tension de 0,3 V est appliquée, environ 6,0 % en masse d'hydrogène (calculé sur la base de MgH₂ dans l'électrode) peut être libéré à température ambiante ; après 60 cycles, le taux de rétention de capacité dépasse encore 70 %, et la batterie peut fonctionner de manière stable sur une large plage de températures allant de -20 °C à 90 °C. De plus, l'équipe a empilé 10 cellules unitaires en un pack batterie connecté en série avec une tension de sortie dépassant 2,4 V, allumant avec succès une ampoule LED, marquant le début officiel du prototype de batterie à ions hydrure gaz-solide. L'analyse de l'efficacité énergétique indique en outre que l'efficacité d'utilisation de l'énergie de ce système de « co-stockage hydrogène-électricité » peut atteindre 93,9 %, soit une amélioration d'un tiers par rapport aux méthodes conventionnelles de stockage thermique de l'hydrogène.

Cette réalisation originale revêt une grande importance, offrant une voie technique entièrement nouvelle pour résoudre le défi du stockage de l'hydrogène qui persiste dans le domaine de l'utilisation de l'énergie hydrogène depuis plus d'un demi-siècle. Elle élimine complètement les conditions extrêmes requises par le stockage traditionnel de l'hydrogène, telles que la haute pression (700 atm) ou les températures cryogéniques (-253 °C), et devrait donner naissance à de nouvelles technologies de stockage de l'hydrogène, levant les obstacles clés au développement à grande échelle de l'industrie de l'énergie hydrogène.

En perspective, l'équipe du DICP a déclaré qu'elle continuera à se concentrer sur les percées technologiques fondamentales, en focalisant ses efforts de R&D sur des conducteurs d'ions hydrure et des matériaux d'électrode plus performants, en améliorant continuellement les performances globales des batteries, en développant des technologies de base propriétaires, en accélérant l'application pratique des batteries à ions hydrure, et en insufflant un nouvel élan au développement de haute qualité de l'industrie mondiale de l'énergie hydrogène.